Зрение также голографично

Прорыв

В Йейльском университете Прибрам продолжал обдумывать свою гипотезу о том, что память, судя по всему, распределена в мозговой ткани, и чем больше он думал, тем более гипотеза казалась убедительной. Все пациенты, у которых мозг был частично удален по медицинским показаниям, никогда не жаловались на потерю конкретной памяти. Удаление значительной части мозга может привести к тому, что память пациента станет расплывчатой, но никто еще не терял после операции избирательную, так называемую селективную память. Например, люди, получившие травму головы в автомобильных катастрофах, всегда помнили всех членов своей семьи или прочитанный ранее роман. Даже удаление височных долей – той области мозга, которую Пенфилд подверг особенно пристальному изучению, – не приводило к каким-либо провалам в памяти пациента.

Идеи Прибрама получили дальнейшее подтверждение в экспериментах, проведенных им самим и другими исследователями на пациентах, не относящихся к эпилептикам. В результате этих экспериментов не удалось подтвердить выводы Пенфилда об избирательной стимуляции памяти. Сам Пенфилд не смог повторить свои результаты на пациентах, не страдающих эпилепсией.

Несмотря на все большую для Прибрама очевидность распределенного характера памяти, он пока еще не мог понять, как мозгу удается справляться с этой поистине магической задачей. И вот в середине 1960-х годов Прибрам прочел в журнале «Scientific American» статью, где описывались первые опыты построения голограммы. Статья поразила его как гром среди бела дня. Открытие принципа голограммы не только было революционным само по себе: оно сулило решение той головоломки, с которой Прибрам столько лет безуспешно боролся.

Чтобы понять все его волнение, познакомимся немного ближе с тем, что такое голограмма. Одно из явлений, лежащих в основе голограммы, – это интерференция, то есть паттерн^[5][5], возникающий в результате наложения двух или более волн (например, на поверхности воды). Если, например, бросить в пруд камешек, это произведет серию концентрических, расходящихся волн. Если же бросить два камешка, мы увидим соответственно два ряда волн, которые, расходясь, налагаются друг на друга. Возникающая при этом сложная конфигурация из пересекающихся вершин и впадин известна как интерференционная картина.

Такую картину может создавать любое волновое явление, включая свет и радиоволны. Особенно эффективен в данном случае лазерный луч, поскольку он является исключительно чистым, когерентным источником света. Лазерный луч создает, так сказать, совершенный камешек и совершенный пруд. Поэтому лишь с изобретением лазера открылась возможность получать искусственные голограммы.

Голограмма создается, когда одиночный луч лазера расщепляется на два отдельных луча. Первый луч отражается от фотографируемого объекта, после чего второй луч сталкивается с отраженным светом первого. При этом они создают интерференционное изображение, которое затем записывается на пленку (см. рис. 1).

Рис. 1. Голограмма создается, когда одиночный луч лазера расщепляется на два отдельных луча. Первый луч отражается от фотографируемого объекта. Затем второй луч сталкивается с отраженным светом первого. При этом они создают интерференционную картинку, которая затем записывается на пленку.

Для невооруженного глаза картинка, получаемая на пленке, совершенно не похожа на фотографируемый объект. Отдаленно она напоминает концентрические круги, получаемые после броска в воду целой горсти камешков (см. рис. 2). Но как только луч другого лазера (или, в некоторых случаях, просто направленный яркий свет) попадает на пленку, возникает трехмерное изображение первоначального объекта. Трехмерность изображения таких объектов удивительно реальна. Можно обойти голографическую картинку и увидеть ее под разными углами, как будто это реальный объект. Однако при попытке потрогать голограмму рука просто пройдет через воздух и вы ничего не обнаружите (см. рис. 3).

Рис. 2. Фрагмент голографической пленки, содержащий записанное изображение. Для невооруженного глаза изображение на пленке совершенно не похоже на сфотографированный объект и состоит из неправильных кругов, дающих при наложении то, что известно как интерференционная картина. Однако при освещении пленки другим лазером возникает трехмерное изображение первоначального объекта

Трехмерность – не единственное замечательное свойство голограммы. Если часть голографической пленки, содержащей, например, изображение яблока, разрезать на две половинки и затем осветить лазером, каждая половинка будет содержать целое изображение яблока! Даже если каждую из половинок снова и снова делить пополам, целое яблоко по-прежнему будет появляться на каждом маленьком кусочке пленки (хотя изображения будут ухудшаться по мере уменьшения кусочков). В отличие от обычных фотографий, каждая небольшая частичка голографической пленки содержит всю информацию целого (см. рис. 4)^[6][6].

Рис. 3. Трехмерность изображения записанных на голограмме объектов удивительно реальна. Можно обойти голографическую картинку и увидеть ее под разными углами, как будто это реальный объект. Однако при попытке потрогать голограмму рука просто пройдет через воздух, и вы ничего не обнаружите. [«Celeste Undressed». Голографическая стереограмма, полученная Петером Клодиусом (1978). Фотография Брэда Кантоса из коллекции Музея Голографии. Приводится с разрешения авторов]

Именно это обнаружившееся в голограмме свойство и взволновало Прибрама: он понял, что память как одна из центральных функций мозга имеет распределенный, а не локализованный характер. Если каждый кусочек голографической пленки может содержать информацию, по которой создается целое изображение, то совершенно аналогично каждая часть мозга может содержать информацию, восстанавливающую память как целое.

Рис. 4 В отличие от обычных фотографий, каждая небольшая частичка голографической пленки содержит всю информацию целого.

Память – не единственная функция мозга, в основе которой лежит голографический принцип. Еще одно открытие Лэшли заключалось в том, что зрительные центры мозга обнаруживают удивительную сопротивляемость хирургическому вмешательству. Даже после удаления у крыс 90 % зрительного отдела коры головного мозга (часть мозга, которая принимает и обрабатывает видимое глазом) они были в состоянии выполнять задачи, требующие сложных зрительных операций. Аналогичные исследования, проведенные Прибрамом, показали, что 98 % оптических нервов у кошек могут быть удалены без серьезного нарушения их способности выполнять сложные зрительные задачи [3]. Это можно сравнить с ситуацией, когда зрители в кинотеатре смотрят кинофильм на экране, 90 % площади которого удалено. Таким образом, проведенные Прибрамом эксперименты еще раз подвергли сомнению общепринятую концепцию зрительного восприятия, основанную на взаимно-однозначном соответствии между видимым образом и тем, как он представлен в мозгу. Другими словами, считалось, что, когда мы смотрим на квадрат, электрическая активность зрительной области коры головного мозга также принимает форму квадрата (см. рис. 5).

Хотя, казалось, открытие Лэшли нанесло смертельный удар общепринятой теории восприятия, Прибрам не был удовлетворен. Работая в Йейльском университете, он поставил ряд экспериментов по выяснению этого вопроса и в течение семи лет тщательно измерял электрическую активность мозга у обезьян во время выполнения ими различных зрительных задач. Он не только не обнаружил взаимного соответствия между предметом и его изображением в мозгу, но даже не выявил никакой системы в активизации электродов. О своих наблюдениях он писал: «Полученные экспериментальные результаты не согласуются с положением, согласно которому предмет проецируется на поверхность коры головного мозга подобно фотографии» [4].

Рис. 5. Исследователи, занимающиеся теорией зрения, ранее считали, что существует взаимно-однозначное соответствие между видимым образом и тем, как он представлен в мозгу Прибрам обнаружил, что это не так

Нечувствительность, которую, как оказалось, проявляет зрительная область мозга к хирургическому вмешательству, означала, что зрение, как и память, имеет распределенный характер. Ознакомившись с теорией голографии, Прибрам начал рассматривать ее как возможное объяснение работы мозга. Природа голограммы как «целого, заключенного в части» вполне могла объяснить, почему удаление большой части коры головного мозга не нарушает способность мозга выполнять зрительные задачи. Если мозг обрабатывает изображения с помощью некоторой внутренней голограммы, даже небольшая часть этой голограммы могла бы восстановить увиденную ранее целую картину. Эта теория также объясняла отсутствие взаимного соответствия между внешним миром и электрической активностью мозга. Действительно, если мозг использует голографический принцип для обработки зрительной информации, взаимное соответствие между изображением и электрической активностью должно быть не больше, чем соответствие между отвлеченной интерференционной картиной на фрагменте голографической пленки и самим закодированным на пленке изображением.

Однако оставалось непонятным, какие волновые явления в мозгу способны создавать такие внутренние голограммы. Как только Прибрам сформулировал для себя этот вопрос, он тотчас же начал искать возможный ответ. К тому времени было известно, что в электрическом взаимодействии между нервными клетками мозга, или нейронами, с необходимостью принимает участие прочая мозговая ткань. Нейроны имеют древовидные разветвления, и когда электрический сигнал достигает конца одного такого разветвления, он распространяется далее в виде волн, точно таких, какие мы наблюдаем на поверхности воды. Поскольку нейроны тесно прилегают друг к другу, расходящиеся электрические волны постоянно налагаются друг на друга. Когда Прибрам увидел это своим мысленным взором, ему стало ясно, что волны могут создавать бесконечный калейдоскопичный ряд интерференционных картин, в которых и коренится адаптированность мозга к принципу голографии. «Голографический принцип неизменно фигурирует в волновой природе взаимодействия нервных клеток мозга, – пишет Прибрам. – Мы просто не могли себе этого представить» [5].

Дата добавления: 2015-05-08